فلزات انتقالی چیست؟

وقتی اکثر ما به “فلزات” فکر می کنیم، احتمالاً به یک فکر می کنیم فلز انتقالی. اما فلز انتقالی چیست؟ چندین تعریف مختلف وجود دارد. در این مقاله، فلزات واسطه یا عناصر واسطه را شامل عناصر جدول تناوبی از گروه 4 تا 11، به علاوه اسکاندیم و ایتریم در نظر خواهیم گرفت. در این تعریف، لانتانیدها یا عناصر سری اکتینید، که اغلب «فلزات واسطه داخلی» نامیده می شوند، یا روی، کادمیوم یا جیوه، که ما آنها را «فلزات پس از گذار» می نامیم، لحاظ نشده اند.

هیچ تعریف مورد توافق جهانی از چیستی فلز واسطه وجود ندارد. یکی از تعریف های فلز واسطه، هر فلزی است که حداقل یک الکترون d جفت نشده در یکی از یون های پایدار خود داشته باشد. الکترونهای d جفت نشده بیشتر در واکنشهای شیمیایی شرکت می کنند. این تعریف اسکاندیم را مستثنی می کند، زیرا یون Sc+3 دارای الکترون های d جفت نشده نیست.

عناصر “D block”. یک عبارت رایج است که عناصر گروه های 3 تا 12 را توصیف می کند، به آنها عناصر بلوک d می گویند زیرا با عبور از ردیف ها، اوربیتال d به تدریج با الکترون ها پر می شود. گاهی اوقات به جای اصطلاح فلز انتقالی استفاده می شود.

شیمیدان انگلیسی چارلز بوری برای اولین بار از این اصطلاح برای توصیف این گروه از عناصر استفاده کرد.

خواص فلزات انتقالی

فلزات واسطه عموماً رسانای خوب گرما و الکتریسیته، چکش خوار و انعطاف پذیر هستند. ترکیبات آنها اغلب در محلول و هنگامی که هیدراته می شوند رنگ روشنی دارند و می توانند چندین حالت اکسیداسیون مثبت را نشان دهند. آنها جامدات سخت، با نقطه ذوب و نقطه جوش بالا هستند. ترکیبات آنها اغلب پارامغناطیس هستند.

آنها معمولاً کاملاً متراکم هستند و نسبت به عناصر قلیایی یا قلیایی خاکی واکنش کمتری دارند. آنها اغلب کاتالیزورهای خوبی هستند و به راحتی با مولکول هایی به نام کمپلکس تشکیل می دهند لیگاندها.

تشکیل آنیون و از دست دادن الکترون

هنگام تشکیل آنیون ها، این فلزات همیشه ابتدا الکترون های مدار s خود را از دست می دهند. یون‌های فلزات واسطه معمولاً دارای d اوربیتال ناقص پر هستند، به جز اسکاندیم – به همین دلیل است که اسکاندیم گاهی اوقات به عنوان یک فلز واسطه کنار گذاشته می‌شود.

نمونه هایی از فلزات انتقالی

برخی از رایج ترین نمونه ها عبارتند از آهن، کروم، منگنز، وانادیم، تیتانیوم، مس، کبالت، نیکل، تنگستن، طلا و پلاتین.

شیمی فلزات انتقالی

ترکیبات فلزات واسطه اغلب به دلیل انتقال الکترون d به d بسیار رنگی هستند. آنها اغلب ترکیبات پارامغناطیس را به دلیل الکترون های d جفت نشده خود تشکیل می دهند. در شکل عنصری خود، اغلب به عنوان کاتالیزور عمل می کنند.

تقریباً همه حالت‌های اکسیداسیون متعددی دارند، به ویژه فلزات گروه‌های 5، 6، 7 و 8. برای مثال، منگنز را می‌توان به راحتی در 5 حالت اکسیداسیون مختلف قرار داد.

بسیاری از این فلزات کمپلکس هایی به نام ترکیبات هماهنگی با لیگاندهایی از H تشکیل می دهند₂0 یا هالیدها به مولکول های آلی مانند EDTA. بنابراین شما با ترکیبات جالبی مانند آهن فروسیانید آهن مواجه می شوید₄[Fe(CN)₆]₃، با نام مستعار آبی پروس یا مس (I) تترایودومرکورات، مس₂HgI₄.

چرا آنها اینقدر رنگارنگ هستند؟

این به خاطر اوربیتال‌های پر نشده آنها و چیزی به نام «انتقال‌های الکترونیکی d به d» است. هنگامی که یک فلز واسطه یک یون تشکیل می دهد، الکترون های آن می توانند نور را جذب کرده و بین اوربیتال های d حرکت کنند. اوربیتال های d به طور معمول هستند منحط، یعنی همه آنها در یک سطح انرژی هستند. اما زمانی که یک فلز واسطه با یک لیگاند مانند H₂O یا NH₃، اوربیتال های d سطوح مختلف انرژی ایجاد می کنند. مثلا مس⁺² بی رنگ است، اما Cu(H₂0)₆⁺² یک رنگ آبی است بسته به تفاوت انرژی بین آن d اوربیتال ها، طول موج های مختلف نور جذب و منعکس می شود. همانطور که انتظار می رود، یون های بدون الکترون مداری d، مانند Sc⁺³، یا یک مدار d کامل، مانند Zn⁺²، بی رنگ هستند.

حقایق جالب در مورد فلزات انتقالی

• ایریدیوم می تواند ترکیباتی را در حالت اکسیداسیون 9+ تشکیل دهد که شرایط نادری است
• کروم و منگنز عوامل اکسید کننده قوی، یون های دی کرومات و پرمنگنات را تشکیل می دهند.
• تتروکسید اوسمیم یک جامد فرار است که در دمای 40 درجه سانتیگراد ذوب می شود و بسیار سمی است.
• رودیوم گران ترین فلز است و در سال 2021 بیش از 800 دلار در هر گرم قیمت دارد
• تیتانیوم یک لایه نازک اکسیدی در هوا تشکیل می دهد که بسته به ضخامت آن رنگ متفاوتی دارد
• طلا و مس 2 فلز از 3 فلزی هستند که رنگی هستند (سوم سزیم)
• رنگی که در محلول فلز واسطه می بینید، معمولاً از کمپلکسی است که با مولکول های آب تشکیل شده است
• برخی از ترکیباتی که آنها تشکیل می دهند در واقع مایعات کووالانسی هستند، مانند تتراکلرید تیتانیوم، TiCl₄

در اینجا برخی از اطلاعات اضافی در مورد تاریخچه عناصر انتقال، از دکتر اریک اسکرییک متخصص برجسته در جدول تناوبی:

“نظر جالب در مورد چارلز بوری و اولین استفاده او از اصطلاح “فلز انتقالی”. برای توضیح دقیق‌تر این قسمت، اریک اسکری، جدول تناوبی، داستان و اهمیت آن، انتشارات دانشگاه آکسفورد، ویرایش دوم، 2020 را ببینید.

علاوه بر این، باید به این نکته اشاره کرد که اصطلاح فلز واسطه یا عنصر گذار خیلی قبل از Bury وجود داشته است و به جدول تناوبی اولیه مندلیف باز می گردد.

جدول تناوبی اصلی تناوب را در قالب 8 ستونی ساده نشان می داد. به عبارت دیگر بر خلاف جدول تناوبی فعلی که افزایش طول دوره‌ها را با افزایش عدد اتمی تشخیص می‌دهد، (2، 8، 18، 32 و غیره) جدول اصلی سعی کرد همه عناصر را در قالب 8 ستونی فشرده کند. برای انجام این کار، مندلیف و دیگر پیشگامان جدول تناوبی موظف شدند عناصر خاصی را از بدنه اصلی جدول حذف کنند و مجبور شدند گروه هشتم خاصی را ایجاد کنند که شامل عناصر انتقالی شامل Fe، Co، Ni، Ru، Rh بود. , Pd, Os, In, Pt.

بنابراین دقیق تر است که بگوییم فقط واژه عنصر گذار به معنای امروزی از Bury سرچشمه گرفته است.

خواندن بیشتر

هالوژن ها
فلزات قلیایی
فلزات قلیایی زمین
گازهای نجیب
گروه های جدول تناوبی